3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)处理草-三叶草残留与牛粪对玉米田氧化亚氮(N2O)排放的协同减排机制研究

本研究针对奶牛养殖系统中草-三叶草(GC)轮作后种植玉米期间的高N2O排放风险，创新性地将硝化抑制剂DMPP分别应用于GC残留和牛粪(CS)处理。通过两年田间试验发现，DMPP与CS联用可实现71%的N2O减排，甚至出现负排放效应，而单独处理GC残留效果不显著。该成果为优化有机农业氮管理提供了重要科学依据。

　　

在畜牧业温室气体排放中，氧化亚氮(N₂O)的全球增温潜势是二氧化碳(CO₂)的265-298倍，而奶牛养殖系统中的草-三叶草(GC)-玉米轮作模式存在特殊的氮管理挑战。当春季翻耕GC后，其富含氮的残留物分解与玉米氮吸收之间存在时间差，导致大量矿质氮以硝酸盐(NO₃^-)形式积累，成为N₂O排放的温床。更棘手的是，作为常用有机肥的牛粪(CS)会进一步加剧这一过程。如何破解这一"氮泄漏"困局，成为可持续农业发展的关键科学问题。

丹麦奥胡斯大学的研究团队在《Agriculture, Ecosystems 》发表了一项突破性研究。他们首次系统评估了硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)对GC残留和CS的差异化调控效果。通过两年田间试验结合土壤N₂O浓度剖面分析，揭示了有机氮源在砂质土壤中的转化规律，为精准减排提供了新思路。

研究采用静态箱-气相色谱法监测N₂O通量，配合特制侧孔针采集5-30 cm土层气体样本，同步测定水分填充孔隙度(WFPS)和矿质氮动态。通过对比DMPP单独处理GC、CS以及联合处理的效果，结合菲克定律计算土壤N₂O扩散通量。

3.1. 场地条件
两年试验期间土壤WFPS主要在40-60%波动，2022年GC地块红三叶草占比达48%，显著高于对照区(27%)。这种差异导致前者N₂O排放更高，表明白三叶草细根分布促进了深层氮转化。

3.2. 矿质氮动态
CS与DMPP联用使土壤铵态氮(NH₄⁺)累积量提升3-5倍，而单独处理GC效果不显著。值得注意的是，尽管CS仅注入8 cm深度，但20-30 cm处仍出现显著N₂O积累，暗示NO₃^-的向下迁移。

3.3. 氧化亚氮排放
3.3.1. 时间动态
排放峰值多出现在降雨后，2023年GC+CS处理峰值达1018 μg N₂O-N m^-2 h^-1。值得注意的是，即使WFPS<60%时仍观测到显著排放，证实有机热点可局部创造厌氧环境。

3.3.2. 累积排放
GC+CS处理两年累积排放最高(5.07和4.20 kg N ha^-1)，而GC_NI+CS_NI出现负排放。DMPP使CS的N₂O排放因子从0.038降至0.011，减排效果达71%。

3.4. N₂O浓度剖面
浓度梯度显示20-30 cm处积累最强，与GC残体分布深度吻合。但梯度法计算的通量仅为箱法的1/10，可能与翻耕造成的土壤异质性有关。

这项研究首次阐明了DMPP对GC-CS系统的差异化调控机制：对于GC残留，因根系衍生NO₃^-的持续供应，DMPP抑制效果有限；而对CS则通过阻断NH₄⁺→NO₃^-转化，显著降低N₂O产生。更值得关注的是，CS衍生的NO₃^-会迁移至GC残体分解区形成"二次热点"，这种跨层相互作用为理解农田氮循环提供了新视角。

实践层面，研究证实DMPP与CS联用可实现协同减排，这对有机奶业碳足迹评估具有里程碑意义。未来需结合NO₃^-淋溶监测，全面评估DMPP的环境效益。该成果为制定基于硝化抑制的精准施肥方案奠定了科学基础，对实现农业"双碳"目标具有重要指导价值。